Physiciens de l'Université de la Sarre à Sarrebruck, Allemagne, ont réussi à enchevêtrer un seul atome avec un seul photon dans la gamme des longueurs d'onde des télécommunications. Cela constitue un élément de base pour la transmission d'informations quantiques sur de longues distances avec une faible perte. Les résultats ont suscité l'intérêt de la communauté de la technologie quantique et sont maintenant publiés dans Communication Nature .
La communication utilisant des états quantiques offre une sécurité ultime, car les tentatives d'écoute perturbent le signal et ne passeraient donc pas inaperçues. Pour la même raison, bien que, la transmission à longue distance de ces informations est difficile. Dans les télécommunications classiques, l'atténuation croissante du signal est contrecarrée par la mesure, l'amplifier et la réémettre dans des stations dites répéteurs, mais cela s'avère aussi préjudiciable à l'information quantique qu'un écouteur indiscret.
Par conséquent, un principe différent doit être utilisé :le répéteur quantique. Ici, l'intrication quantique s'établit d'abord sur une courte distance puis se propage à des séparations plus longues. L'intrication quantique entre deux particules signifie que leur état commun est défini avec précision, bien que lorsque l'on mesure les états individuels des particules, les résultats sont aléatoires et imprévisibles. Une réalisation possible est d'enchevêtrer un seul atome avec un photon qu'il émet. C'est ce qui se passe dans les laboratoires du Prof. Jürgen Eschner, utilisant des atomes de calcium uniques dans un piège à ions contrôlés par des impulsions laser (www.uni-saarland.de/en/lehrstuhl/eschner.html). Pour la longueur d'onde de 854 nanomètres où l'intrication atome-photon est créée, cependant, il n'existe pas de fibres optiques à faibles pertes pour la transmission longue distance ; au lieu, on aimerait transmettre les photons dans l'une des bandes dites télécom (1300 – 1560 nanomètres). La technologie de conversion des photons dans ce régime, le convertisseur de fréquence quantique, a été développé par le professeur Christoph Becher et son groupe de recherche (www.uni-saarland.de/fak7/becher/index.htm).
Ensemble, les deux groupes ont maintenant démontré qu'après conversion de fréquence quantique, le photon télécom est toujours intriqué avec l'atome qui a émis le photon d'origine, et que la haute qualité de l'enchevêtrement est maintenue. L'un des aspects fascinants du travail est que l'état quantique intriqué des deux particules microscopiques (un seul atome et un seul photon de télécommunication) s'étend sur plusieurs étages du bâtiment de physique de l'université. « Cela ouvre la voie à des enchevêtrements sur 20 kilomètres et plus », commente Matthias Bock, doctorat étudiant en technologies quantiques et premier auteur de l'étude. Les résultats sont une étape importante vers l'intégration des technologies quantiques dans les télécommunications conventionnelles; pour leurs recherches dans ce but, les deux groupes de l'université de la Sarre sont financés par le ministère allemand de l'éducation et de la recherche, BMBF.
Explication de l'intrication quantique :
L'état d'un bit quantique individuel (un atome avec deux états énergétiques de son électron, ou un photon avec deux directions de sa polarisation) peut être visualisé comme un point à la surface d'une sphère. La mesure de cet état fournit un résultat imprévisible n'importe où sur la surface. L'autre qubit qui est intriqué avec le premier va, cependant, toujours se trouver au point opposé de la sphère. Cette corrélation peut également exister sur de grandes distances. Einstein a appelé ce phénomène « action effrayante à distance »; il appartient aux particularités non intuitives de la mécanique quantique, mais il a été confirmé dans de nombreuses expériences.
